ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОМОГУТ ДИАГНОСТИРОВАТЬ СЕРДЕЧНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ

Дата публикации: 29 сентября 2021

Математики СКФУ разработали эффективную систему распознавания сердечно-сосудистых заболеваний по сигналам ЭКГ. Предложенный подход показал более высокую точность, чем его аналоги. Он позволяет повысить качество ранней диагностики проблем с сердцем, что очень важно для предупреждения опасных заболеваний.

Как отметили ученые, сегодня сердечно-сосудистые заболевания – это основная причина смерти в развитых странах, и число пациентов, наблюдающихся у кардиолога, с каждым днем растет. Для выявления проблем с сердцем используется электрокардиограмма (ЭКГ), но врачи в среднем оценивают полученные данные с точностью от 65 до 70 процентов. В остальных случаях информация истолковывается неверно, что негативно сказывается на здоровье пациентов. Математики СКФУ предложили оригинальный подход, повышающий точность определения мерцательной аритмии (фибрилляции предсердий), повышающей риск ишемического инсульта. 

 – Мы разработали новую архитектуру с передовой рекуррентной структурой нейронной сети, – пояснил руководитель проекта, заведующий кафедрой математического моделирования СКФУ и отделом модулярных вычислений и искусственного интеллекта регионального научно-образовательного математического центра «Северо-Кавказский центр математических исследований» при вузе Павел Ляхов. – Для более точной интерпретации сигналов мы используем предварительную цифровую обработку данных с помощью цифровых фильтров, спектрального анализа и некоторых других методов. Благодаря этому нам удалось существенно снизить шумы различной природы, искажающие сигнал электрокардиограммы. В результате мы смогли повысить точность интерпретации данных до 87,5 процента. У лучших зарубежных аналогов этот показатель достигает 79-83 процентов.

Для обучения нейронной сети использовалась открытая база сигналов кардиограмм «PhysioNet Computing in Cardiology Challenge» (CinC Challenge). Во время первой симуляции сеть изучила данные 976 кардиограмм, а во время второй ей предложили 5754 кардиограммы.

 - Наш подход не требует каких-то специализированных технических средств, - отметила аспирантка, научный сотрудник кафедры математического моделирования СКФУ Ульяна Ляхова. – Предложенное нами решение может быть реализовано в виде специальной программы, которая на входе будет получать сигнал кардиограммы, а на выходе выдавать свой вердикт, нуждается ли человек в лечении или профилактике сердечно-сосудистых заболеваний. В перспективе мы хотим обобщить наш подход и применить его для обработки других биомедицинских сигналов, полученных с тела человека. Большой интерес для нас представляет и обработка мозговых сигналов по электроэнцефалограмме. Подобные исследования сейчас очень актуальны для разработки интерфейса «мозг-компьютер», позволяющего управлять компьютером с помощью своих мыслей без мышек и клавиатуры.

Исследование проводилось при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 19-07-00130 А) и Совета по грантам при Президенте РФ (проект № МК-3918.2021.1.6). Работа велась силами трех представителей кафедры математического моделирования СКФУ: заведующего Павла Ляхова, научных сотрудников Ульяны Ляховой и Марии Киладзе. Девушки стали участниками специальной программы поддержки научных коллективов и отдельных ученых СКФУ.

О результатах исследования участники проекта рассказали в специальном выпуске «Advanced Information Processing Methods and Their Applications» («Передовые методы обработки информации и их применение») научного журнала «Applied Sciences» («Прикладные науки») швейцарского издательства MDPI. Прочитать статью можно, перейдя по ссылке https://www.mdpi.com/2076-3417/11/16/7213/htm.

Поделиться: